В вашей лаборатории контроля качества можно проводить ГХ-МС, ВЭЖХ и АТР-ИК-спектроскопию в течение одной смены — так какой же из них действительно отвечает на вопрос о миграции, который задает ваш клиент? В случае с DOA (диоктиладипат, также обозначаемый как DEHA в литературе, соответствующей номенклатуре IUPAC) честный ответ заключается в том, что имитатор, матрица и конкретный вопрос регулирующего органа направляют вас к разным основным методам.
Скорость миграции зависит от совместимости полимера и пластификатора, температуры контакта и агрессивности имитатора. Эти методы основаны на предположении, что вам уже известна химия DOA и что DOA мигрирует из ПВХ в среды, контактирующие с пищевыми продуктами.
Нормативно-правовая база устанавливает целевой уровень обнаружения (LOD).
В соответствии с директивой ЕС 10/2011, удельный предел миграции DEHA составляет 18 мг/кг пищевого имитатора, а общий предел миграции — 10 мг/дм² (или 60 мг/кг), охватывающий всю экстрагируемую нагрузку. Любой выбранный вами метод должен обеспечивать предел обнаружения значительно ниже 18 мг/кг с достаточным запасом для количественного определения вблизи предела, а не просто обнаружения на его уровне.
В Приложении III Регламента ЕС 10/2011 определены шесть имитаторов:
- A — 10% этанол (водный раствор, pH > 4.5)
- B — 3% уксусная кислота (водный раствор, pH ≤ 4.5)
- C — 20% этанола (содержание алкоголя ≤ 20%)
- D1 — 50% этанола (спиртовые концентрации > 20% + эмульсии типа «масло в воде»)
- D2 — растительное масло, как правило, оливковое (продукты, содержащие свободные жиры)
- E — Тенакс (сухой корм)
Когда использование оливкового масла нецелесообразно, D2 заменяется на D2e (95% этанол) или D2i (изооктан), но D2i имеет предельную температуру контакта 60 °C.
Этот предельный уровень имеет значение на практике. При любой обработке образцов оливкового масла при температуре выше 60 °C и использовании жировой матрицы, подготовка образцов недопустима — это приводит к необходимости более длительной последовательности экстракции-очистки-ввода образца перед газовой хроматографией.
DOA растворим в жирах, поэтому D2 (или D2i при температуре ниже 60 °C) является наихудшим вариантом — диэфир с двумя 2-этилгексильными цепями легко переходит в масло. Стандартные условия длительного хранения — 10 дней при 40 °C.
ГХ-МС — незаменимый инструмент регулирования.
ГХ-МС является основным методом по умолчанию для определения миграции DOA во все шесть имитаторов — тот же прибор, который используется в большинстве рабочих процессов тестирования миграции пластификаторов. Братинова и др. (JRC EURL-FCM, 2020) сообщили о пределе обнаружения DEHA 15 нг/мл, пределе количественного определения 45 нг/мл, степени извлечения 93.2%, относительном стандартном отклонении менее 15% в имитаторах A и C на 60-метровой колонке HP-5MS UI с жидкостной экстракцией дихлорметаном.
Предел обнаружения (LOD) 18 мг/кг SML при нг/мл обеспечивает примерно 1000-кратный запас погрешности — это означает наличие запаса для матричных эффектов, вариаций внутреннего стандарта и потерь при извлечении. Именно этот запас погрешности делает ГХ-МС единственным методом, который я рекомендую без оговорок для подачи в регулирующие органы. Фрагментация с электронной ионизацией (EI) дает сильные ионы, диагностические для адипата, при m/z 129 и 147, что упрощает подтверждение в условиях высокой интенсивности хроматографии.
В ходе кампании по контролю качества в ЕС в 1998 году, выявившей миграцию DEHA в розничном сыре в количестве 27.8–135.0 мг/кг — превышающую допустимый уровень 18 мг/кг — использовался метод ГХ-МС после скрининга изооктаном (40 °C/2 ч) с последующим подтверждением с помощью оливкового масла (10 д/40 °C). Для экстракции гексаном в соответствии со стандартом GB 5009.156, Цянь в 2018 году сообщил о пределе обнаружения 0.005 мг/кг и степени извлечения 97–107%.
HPLC-UV/DAD — Только для составов с одним пластификатором
Метод ВЭЖХ-УФ/ДД подходит для определения ДОК на колонке C8 (2.6 мкм, 100 мм × 4.6 мм) с градиентным элюированием при 221 нм — заявленный диапазон количественного определения составляет 0.3–750 мкг/мл в течение тринадцати минут. Высокая производительность особенно привлекательна при обработке больших партий ПВХ-пленок с одним пластификатором.
Жестким ограничением является совместное элюирование. DEHA и DEHP совместно элюируют на стандартных обращенно-фазовых колонках; то же самое относится к DEHT и DINP. Для обеспечения разрешения требуется спектр первой производной УФ-излучения плюс деконволюция с использованием фотодиодной матрицы, прежде чем можно будет доверять результатам интегрирования.
Большинство коммерческих ПВХ-пленок представляют собой многокомпонентные составы с различными пластификаторами — DOA редко используется в чистом виде, а остатки DEHP из производственных линий или переработанного сырья встречаются достаточно часто, поэтому я считаю ВЭЖХ-УФ-анализ неприемлемым для проверки соответствия стандартам, если у меня нет прямых доказательств отсутствия фталатов в составе. Если пропустить этап деконволюции спектра, результаты количественного определения DOA будут завышены, и вы не узнаете, насколько именно. Откажитесь от ВЭЖХ-УФ-анализа, как только фталат появится в здании.
LC-MS/MS — Достигайте продуктов гидролиза
LC-MS редко является основным методом определения исходного DOA, поскольку молекула (без ароматического кольца, молекулярная масса 370.6) дает более сильный отклик на EI-GC-MS через фрагментационный спектр m/z 129 + 147, чем на ESI. LC-MS заслуживает своего места в вопросе определения продуктов гидролиза.
При температуре 70 °C в водном растворе имитатора B (3% уксусной кислоты) DOA частично гидролизуется до моно(2-этилгексил) адипата плюс 2-этилгексанол. Анализ только с помощью ГХ-МС показывает исходный DOA и незаметно занижает общую миграцию, образованную из адипата. При использовании горячего водного раствора имитатора, когда нормативным вопросом является общий баланс массы, следует сочетать ГХ-МС для определения исходного вещества с ЖХ-МС или ИМ-ВРМС для определения полярных продуктов гидролиза.
ATR-FTIR — фильтрация полимерной стороны, а не количественная оценка миграции.
ATR-FTIR — подходящий инструмент для определения наличия в поступающем ПВХ пластификатора класса адипатов. Благодаря времени обработки одного образца в минуту, он позволяет провести предварительную оценку партии перед запланированным хроматографическим анализом. Модель LDA Риявека 2022 года, основанная на спектрах пластификаторов ПВХ, достигла точности классификации 99.8% для DEHP, DOTP, DINP и DIDP, с показателем RMSEP регрессии 5±1% (DEHP) и 6±3% (DOTP).
DOA не входил в проверенный обучающий набор данных. Карбонильная группа адипатового эфира находится в той же полосе 1735 см⁻¹, что и карбонильная группа фталатного эфира, и ручная деконволюция пиков не работает — авторы из Риявека пришли к выводу, что для окончательной идентификации и количественного определения необходима ГХ-МС.
Рассматривайте ATR-FTIR как метод скрининга полимеров, а не как основной метод количественного определения миграции. Если ваш рабочий процесс выглядит так: «FTIR-скрининг сырого ПВХ, затем ГХ-МС на экстракте, содержащем следы миграции», то это правильное разделение труда.
Гравиметрическая экстракция (ASTM D1239) — потеря общей массы, а не массы отдельного вещества.
Стандарт ASTM D1239 измеряет эмпирическую потерю веса после погружения в дистиллированную воду, 1% мыло, хлопковое масло, минеральное масло USP, керосин или 50% этанол. Этот метод быстр, требует только весов и соответствует стандартам для сравнения стойкости различных составов. Для определения общего количества экстрагируемых веществ в продуктах, контактирующих с пищевыми продуктами, от таких поставщиков, как Bastone, обычно используется подобный метод.
Для соответствия требованиям SML стандарт D1239 бесполезен. Он не может отличить DOA от совместно выщелоченных DEHP, ESBO или DOTP.
Сравнительный анализ выщелачивания в воде с помощью газовой хроматографии показывает, что гравиметрический метод дает результаты на порядок выше, но дает значительные расхождения, когда состав содержит несколько пластификаторов — а большинство коммерческих ПВХ-пленок именно такие. Используйте D1239 в качестве контрольного образца, сравнивая его с вашими собственными историческими базовыми показателями; никогда не используйте его в качестве метода подачи заявки в регулирующие органы.
Газовая хроматография с использованием паровой фазы и новые методы высокого разрешения.
Метод газовой хроматографии с масс-спектрометрией и экстракцией паровой фазы (SPME-GC-MS) с использованием волокна PDMS/DVB диаметром 65 мкм обеспечивает приемлемый отклик для определения диоксида углерода (DOA) в матрицах напитков и пива. Однако DOA с молекулярной массой 370.6 является в лучшем случае полулетучим веществом — классический статический метод анализа паровой фазы дает слабый сигнал, и для достижения пределов обнаружения ниже субмикронных молекулярных объемов требуется SPME или твердофазная ловушка. Анализ паровой фазы является вспомогательным методом, полезным, когда анализируемый объект конкретно определяет летучую фракцию, мигрирующую в паровое пространство.
Для каждого из новых методов высокоточного анализа существует оговорка, касающаяся как исследовательских, так и нормативных требований:
- ГХ-Орбитрап-МС — DEHA LOD 5.5–17 пг/мкл, на три порядка жестче, чем требования соответствия SML.
- ДАРТ-HRMS — Скрининг ПВХ, подвергнутого УФ-облучению, за доли минуты, без хроматографического разделения.
- ИМ-HRMS — Удаляет нелетучие мигранты и продукты гидролиза адипов за один проход.
Ни один из этих методов не кодифицирован в регламенте ЕС 10/2011 или в рамках стандартов ASTM. Они предназначены для научных исследований — подходят для работы с нецелевыми объектами, связанными с воздействием на организм человека через пищу, и запрещены для подачи в регулирующие органы, если только ваш контролирующий орган не одобрит данный метод.
Выбор основного метода и метода подтверждения
Логика принятия решений основана на матрице, а не на инструментах. Перед принятием решения пройдите по этому дереву сценариев.
| Сценарий | первичная | Подтверждение | Почему |
|---|---|---|---|
| Жирный имитатор D2 / D2i, подача документов в регулирующие органы. | ГХ-МС | ГХ-МС во втором имитаторе | LOD ~1000× в SML; D2i ограничен температурой 60 °C |
| Водный имитатор B при 70 °C | ГХ-МС (исходный материал) | LC-MS или IM-HRMS (продукты гидролиза) | ДОА гидролизуется; для баланса массы необходимы МЕГА + 2-этилгексанол |
| Просеивание поступающего сырья ПВХ | ATR-FTIR + ML | ГХ-МС на положительных образцах | Одноминутный предварительный осмотр перед очередью на хроматограф. |
| Полный объем извлекаемого материала для соответствия техническим требованиям. | гравиметрический ASTM D1239 | Не требуется | Выпуск партии осуществляется по одному номеру, а не по каждому веществу. |
| Многопластификаторная композиция (с присутствием ДЭГФ) | Только ГХ-МС | Вторая колонка или ГХ×ГХ | Совместная элюция в ВЭЖХ и УФ-спектроскопии снижает точность количественного определения. |
| Миграция в горячем заполнении / паровом пространстве | Headspace SPME-GC-MS | Жидкофазная ГХ-МС | Улавливает пропуски при экстракции летучих фракций в объеме образца. |
Для всех сценариев действуют два правила выполнения. Метод подтверждения должен использовать другой принцип разделения (другая фаза колонки, другая ионизация или другой имитатор); повторение основного метода не повышает уверенность, а лишь удваивает время работы аналитика. А когда состав содержит несколько пластификаторов, ГХ-МС всегда превосходит ВЭЖХ-УФ — риск совместной элюции ДЭГФ делает УФ/ДАД-анализ ловушкой для количественного определения, если нет доказательств отсутствия фталатов в составе.
Что определяет правильный метод?
Выбор метода зависит не от того, каким оборудованием располагает ваша лаборатория. Важно, какой имитатор обязал вас использовать регулирующий орган, какие сопластификаторы фактически содержатся в составе и в каком из аспектов рассматривается вопрос: «происходит ли миграция выше уровня поверхностного микрослоя» или «каков показатель в мг/кг».
В большинстве случаев, когда речь идет о регулировании, ГХ-МС является оптимальным решением, поскольку запас по пределу обнаружения и характер фрагментации при электронной ионизации позволяют получить как подтверждение, так и количественное определение за один цикл анализа — однако именно сочетание этих методов определяет, будет ли заявка принята или возвращена. Для водного имитатора B при 70 °C анализ только исходного вещества уже неверен до начала процесса; для составов, содержащих фталаты, отчет ВЭЖХ-УФ неверен еще до интегрирования. Выбранный вами метод должен соответствовать матрице и решаемому нормативному вопросу, а не тому прибору, который окажется свободным сегодня днем.